芫荽精油的提取方法及化學(xué)成分分析研究進展

趙冰,王秋亞,王國強,焦倩,屈彤顏,張?zhí)?/p>

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院,陜西 渭南 714099)

芫荽(Coriander,CoriandrumsativumL.),俗稱香菜,又名胡荽、鹽荽、漫天星等,屬一年或兩年生傘形科芫荽屬草本植物[1],其原產(chǎn)于歐洲地中海沿岸及中亞地區(qū),西漢時期被傳入中國,現(xiàn)廣泛栽培于全國各地[2]。芫荽是人類歷史上用于藥用和調(diào)味食品中最古老的一種芳香植物,芫荽莖葉常可作為調(diào)味芳香蔬菜或冷盤佐餐使用,其籽作為商品香料常用于糖果、肉類加工、焙烤食品和酒類香味調(diào)配上;其全株和種子均可供藥用,具有開胃醒脾、止痛解毒等功效[3]。

芫荽精油是從芫荽莖葉、根或果實中提取出的揮發(fā)油,具有柔和與溫暖的甜辛香氣,由于其獨特的口味,被應(yīng)用在食品、香煙等物品的調(diào)味中,也被應(yīng)用于化妝品等日化產(chǎn)品中[4]。此外,芫荽精油有著特殊的藥用價值,可以治療初期的麻疹和胃痛等疾病[5],還具有抗炎、抗糖尿病、鎮(zhèn)靜、抗抑郁、降血脂、抗癌、利尿和抗鋁沉淀等作用[6],在醫(yī)藥領(lǐng)域有重要的開發(fā)應(yīng)用價值。本文主要歸納總結(jié)了芫荽精油的提取方法,分析比較了不同產(chǎn)地和不同品種、不同提取部位、不同提取方法下所得到的芫荽精油的化學(xué)成分,為芫荽精油的進一步開發(fā)利用提供理論參考。

1 芫荽精油的提取方法

目前,芫荽精油的提取方法較多,主要有水蒸氣蒸餾法、索氏提取法、超聲波提取法、微波輔助提取法、亞臨界萃取法和超臨界CO2萃取法。

1.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是植物精油提取中最為常見的一種方法,其原理是使植物中的揮發(fā)性成分隨同水蒸氣一同餾出。該方法所需設(shè)備簡單、容易操作、成本低且對環(huán)境友好,但提取用時較長,高溫下易分解,提取率也相對較低。劉信平[7]等人采用水蒸氣蒸餾法對芫荽莖葉中的精油進行提取,收集得到的蒸餾產(chǎn)品,用無水乙醚作為萃取劑,無水硫酸鈉作為干燥劑,再對干燥過濾后的產(chǎn)品進行負壓濃縮,最終芫荽精油提取率為0.276%左右。王東營[8]等采用水蒸氣蒸餾法提取了芫荽精油,并通過響應(yīng)面法對其提取工藝進行了優(yōu)化。結(jié)果表明最佳提取工藝條件為液料比14.0∶1(mL∶g)、蒸餾時間和浸泡時間均為9.2 h,在此條件下芫荽精油得率為0.496%±0.041%,該提取工藝切實可行,適用于芫荽精油的提取。

1.2 索氏提取法

索氏提取法是利用溶劑的回流和虹吸原理從固體物質(zhì)中連續(xù)萃取有效成分的一種方法。該方法具有選擇性好、設(shè)備簡單、能耗低、節(jié)省溶劑等優(yōu)點。陸占國[9]等人利用索氏提取法,將新鮮香菜根莖分離,洗凈、瀝干、切碎,放入索氏提取器中,以無水乙醇為溶劑,回流提取6 h,再將得到的提取液進行萃取,取有機相,進行負壓濃縮處理。最后使用活性炭進行除雜脫色,濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀常壓濃縮,最終芫荽精油得率為0.25%。

1.3 超聲波提取法

超聲提取法主要是利用超聲波的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和空化作用增大物質(zhì)分子運動頻率和速度,增加溶劑的穿透力,從而提高有效成分溶出速度和次數(shù)的一種提取方法。陸戰(zhàn)國[10]等采用超聲波法提取了芫荽莖葉中的揮發(fā)油,并通過單因素實驗結(jié)果確定了最佳提取條件,即在25 ℃下,超聲功率72 W,提取時間100 min,在該條件下精油得率為0.284%。廖曉峰[11]等人則在單因素實驗基礎(chǔ)上,利用正交設(shè)計實驗優(yōu)化了芫荽精油的超聲波提取工藝,實驗結(jié)果與陸戰(zhàn)國的報道基本一致。Senrayan等[12]采用超聲波輔助溶劑萃取法提取了芫荽籽中的精油,并通過響應(yīng)面法優(yōu)化了其提取工藝。結(jié)果表明,在料液比為1∶13(g∶mL)、溫度為45 ℃、振幅水平為82%條件下,超聲提取9 min,芫荽精油的提取率最高,達到30.75%±0.76%。采用該方法提取芫荽精油具有提取溫度低、時間短和得油率較高等顯著特點。

1.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法主要是利用微波輻射所產(chǎn)生的高頻電磁波,使植物細胞內(nèi)部溫度迅速升高,從而使細胞破裂,有效成分從胞內(nèi)流出的一種新型萃取技術(shù)。通過調(diào)節(jié)微波參數(shù),可有效加熱植物中的目標(biāo)成分,使其選擇性被提取。Ghazanfari[13]等采用微波輔助水蒸氣蒸餾法從芫荽種子中提取精油,在室溫下,微波頻率為0.63 kWh,提取時間60 min,精油的提取率為0.325%。該方法具有選擇性高、萃取時間短、能耗低和效率高等優(yōu)點。

1.5 亞臨界萃取法

亞臨界萃取法是指在密閉、無氧和低壓的容器內(nèi),以亞臨界流體為萃取劑,通過萃取物料與萃取劑在浸泡過程中的分子擴散過程,固體物料中脂溶性成分轉(zhuǎn)移到液態(tài)的萃取劑中,再通過減壓蒸發(fā)將目標(biāo)產(chǎn)物分離出來的一種新型提取技術(shù)。王萍[14]等采取亞臨界萃取技術(shù)提取了芫荽精油,即將芫荽籽放入提取罐底部,控制萃取壓力為1.0 MPa,加熱升溫至45 ℃,使芫荽籽全部浸泡在溶劑中進行50 min萃取,收集底部含有油狀物部分,將此部分進行減壓濃縮處理,最后萃取3次,得到最終芫荽籽精油,計算得芫荽籽精油提取率為7.09%。采用該法提取芫荽籽油不但條件溫和、操作簡單,且提取率較高。

1.6 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是利用在二氧化碳臨界點附近的溫度和壓力會突然導(dǎo)致溶質(zhì)溶解度發(fā)生幾個數(shù)量級的變化,從而達到物料分離的目的。范培軍等[15]采用超臨界CO2萃取法研究了不同粒徑、溫度、壓力和流體密度對芫荽精油提取率的影響,最終確定其最佳提取條件為15.0 ～ 20.0 MPa、粒徑0.425 mm(40目),28～35 ℃,提取時間2 h。白凌[16]等采用超臨界CO2萃取法提取了芫荽籽精油,結(jié)果表明當(dāng)CO2流量為33.60%,壓力21.84 MPa,溫度42.5 ℃,時間146.94 min時,芫荽籽精油的提取率最高。王東營等[17]采用超臨界二氧化碳法,在單因素試驗基礎(chǔ)上,用響應(yīng)面法優(yōu)化了芫荽精油的提取工藝。結(jié)果表明最佳提取工藝條件為壓力19.20 MPa、溫度46.20 ℃、萃取時間2.95 h,在該條件下精油得率為0.57%±0.04%。此方法萃取溫度低且萃取溶劑無毒、易揮發(fā),能夠避免部分萃取成分的熱損失,確保萃取成分安全且無溶劑殘留,是一種綠色的提取方法。

2 芫荽精油的化學(xué)成分分析

芫荽精油的化學(xué)成分豐富多樣,不同產(chǎn)地和不同品種、不同生長部位、不同提取方法均對其化學(xué)成分及含量產(chǎn)生影響。

2.1 不同產(chǎn)地和不同品種芫荽精油化學(xué)成分分析

由于產(chǎn)地和品種的不同,所得芫荽精油含量和其中主要化學(xué)成分的含量也有差異。產(chǎn)生這種差異的可能性有很多,最主要的可能是由于遺傳基因的些許改變,導(dǎo)致芫荽精油的主要成分發(fā)生了改變。任安詳[18]等人在檢測方法、檢測儀器以及檢測環(huán)境不變的條件下,采用同時蒸餾萃取法從12個品種(中國品種2個,泰國和澳大利亞品種各5個)的芫荽籽中提取精油。結(jié)果表明:12個品種的芫荽精油中共檢測出了17種不同物質(zhì),其中13種是共有成分,分別是α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、α-水芹烯、對傘花烴、檸檬烯、γ-萜品烯、氧化芳樟醇、 芳樟醇、 樟腦、反-檜烯、α-萜品烯和乙酸橙花酯,即不同品種精油的化學(xué)成分相近。芳樟醇作為芫荽精油的主要成分,各品種中其相對含量存在一定的差異,如在澳洲的特選芫荽和中國的金明牌大葉芫荽中,芳樟醇含量很高,分別為93.50%和90.49%,而其他品種中芳樟醇含量則相對較低。通過對比不同產(chǎn)地芫荽精油含量發(fā)現(xiàn),澳洲產(chǎn)的芫荽精油平均含量(0.830 mL/100 g干質(zhì)量)遠高于中國品種金明牌大葉芫荽(0.623 mL/100 g干質(zhì)量)和泰國品種改良耐熱芫荽品種(0.698 mL/100 g干質(zhì)量);而泰國與中國品種中精油含量差異不是很大。

2.2 不同生長部位芫荽精油的化學(xué)成分分析

2.2.1 芫荽籽精油的成分分析

芫荽籽作為芫荽的一部分,但由于其部位的特殊性,從芫荽籽提取精油的研究比芫荽莖、葉要少。徐悅等[19]從芫荽籽種提取精油,其使用氣質(zhì)液質(zhì)聯(lián)用檢測芫荽精油中的含量成分,檢測到了有效成分有18種之多,其中以芳樟醇的含量最高為83.41%,接下來是乙酸橙花酯,含量可達3.21%,樟腦的含量是1.33%,橙花醇的含量是1.11%。Manuela[20]等采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對超臨界CO2萃取得到的芫荽籽精油進行了分析,經(jīng)分析香葉醇為0.20%,芳樟醇的含量是0.35%。

2.2.2 芫荽葉精油的成分分析

新鮮的芫荽莖葉可用作調(diào)味料和蔬菜,從莖葉中得到的精油是一種淡黃綠色液體,有芳香氣味,具有抗氧化、抑菌、提高記憶力和治療神經(jīng)性厭食癥等功效[21]。陸占國[22]等用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對芫荽莖葉中的芳香油進行了分析,檢測出60種成分,鑒別出41種成分,占94.200%。揮發(fā)油中不飽和脂肪醛含量為14.430%,飽和脂肪醛占揮發(fā)油總量的1.738%,其中2-癸醛含量最高,占揮發(fā)油總量的9.480%;烷烴共有13種組分,占原油總量的11.300%。烷烴中壬烷含量最高,占揮發(fā)油總量的8.670%;芳香化合物占8.07%,有7種成分;此外,還檢測到傘花烴和檸檬烯兩種單萜類化合物;醇類含量最低,3-己烯醇占0.280%。王順民[23]等通過GC-MS分析芫荽葉的揮發(fā)油成分,共檢測出160種成分,分析出80種物質(zhì),占揮發(fā)油成分的80%以上。其中醇類、醛類和酯類含量最高,分別為24.963%,16.71%和2.276%。陸戰(zhàn)國[10]等使用CC-MS法對芫荽莖葉精油進行了成分分析,檢測出了154個成分,解析出了69種物質(zhì),占芫荽葉精油的90%含量以上。其中含量最多的是酯類化合物(47.569%),然后是烷烴類化合物(18.799%),而醛類和醇類化合物含量相對較低,分別為13.406%和12.595%。

2.2.3 芫荽根部精油的成分分析

當(dāng)芫荽用作調(diào)味品時,其根部很少使用,大多被丟棄。為了使芫荽根也得到有效利用,學(xué)者們對芫荽根部精油進行了提取,并對其化學(xué)成分進行了分析。Misharina[24]分析了芫荽根的芳香成分,共檢測出66種成分,從中解析出39種化合物,占總揮發(fā)油的90.022%。其中,主要芳香成分為醛類和醇類,分別占49.422%和18.868%。除此之外,芫荽根中還含有大量的不飽和脂肪酸酯、糠醛和萜類等芳香成分。這些成分具有豐富的生理活性,對人體大有裨益,從而為香菜根資源的進一步開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。

2.3 不同提取方法下芫荽精油的化學(xué)成分分析

采取相同的檢測手段,不同提取方法得到的芫荽精油,其化學(xué)成分及含量也有一定差異。范培軍等[25]等采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)技術(shù)對超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取所獲得的芫荽揮發(fā)油化學(xué)成分進行了測定和比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)物中主要成分芳樟醇的含量分別為91.08%和65.79%。水蒸氣蒸餾法提取的芫荽精油中丁酸己酯含量低于超臨界CO2法,這可能是由于蒸餾過程中加熱的化學(xué)變化造成的。初步分析還發(fā)現(xiàn),超臨界CO2法萃取的芫荽精油中含有大量中性油和少量游離脂肪酸,可作為芳香穩(wěn)定劑。陸戰(zhàn)國等[9,26]采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)對索氏提取法和超聲波提取法所得芫荽精油的成分進行了比較。結(jié)果索氏提取法所得芫荽精油中共檢測出60個成分,有41種成分被解析,酯類化合物占了總體的57.755%,而烷烴類化合物占了其中的11.300%,醛類物質(zhì)占了16.16%,然而使用相同的檢測手段,超聲波提取法提取的芫荽精油中共檢測出了154種成分,其中的酯類化合物占了芫荽精油的47.569%,烷烴類物質(zhì)占18.799%,醛類物質(zhì)占13.406%,顯然索氏提取法得到的芫荽精油中醛類和酯類物質(zhì)占比高于超聲波提取法。Sourmaghi等[27]等采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)技術(shù)對微波輔助水蒸氣蒸餾法及水蒸氣蒸餾法提取的芫荽揮發(fā)油化學(xué)成分進行了對比。結(jié)果表明兩種方法所得精油均以單萜類化合物如芳樟醇、香葉酰乙酸酯和γ-萜品烯為主,其中芳樟醇的含量分別為66.27%±0.23%和63.29%±0.38%,含氧單萜分別為74.99%±0.61%和70.95%±0.67%,微波輔助水蒸氣蒸餾法提取的芫荽精油中,乙酸香葉醇含量為8.49%±0.31%,與水蒸氣蒸餾法(乙酸香葉醇含量為0.065±0.00)相比,含量顯著增加。

3 前景展望

芫荽作為一種產(chǎn)量高,且基本不受地理位置影響的草本植物,在我國資源分布廣泛。以芫荽為原料開發(fā)新型食品調(diào)味料,既能填補香菜調(diào)味料的空白,又能滿足市場需求,不僅提高了香菜的利用率,避免了資源的浪費,還能促進食品、調(diào)味品和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。芫荽精油是由芫荽莖葉、根和芫荽籽提取而來,在開發(fā)利用方面,芫荽整棵植株都有著利用價值。近年來,芫荽精油作為一種天然植物添加劑,比較其他化學(xué)合成添加劑而言,更加的綠色和安全,這種理念更符合現(xiàn)在綠色環(huán)保的理念,因此芫荽精油的提取方法和化學(xué)成分分析等備受關(guān)注。目前芫荽精油的提取方法比較多,不同的提取方法對芫荽精油的提取率、化學(xué)成分及含量均有影響。此外,芫荽的生長環(huán)境、品種和不同的部位,也造成芫荽精油中的化學(xué)成分及含量存在一定的差異。當(dāng)然,芫荽精油的研究中也還存在一些問題,如有些方法不適合工業(yè)化生產(chǎn)、有些方法提取率較低,一些化學(xué)成分還不明確,對其生物活性的研究還不夠深入。相信隨著提取和分析技術(shù)的不斷進步,芫荽精油的提取率會更高,化學(xué)成分和生物活性也會更加明確,其在食品、醫(yī)藥保健品、化妝品和煙草等領(lǐng)域中的應(yīng)用前景也會更加廣闊。